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  • 菲尼克斯電氣基于INTERBUS總線的智能樓宇控制系統(tǒng)
    菲尼克斯電氣中國公司

    樓宇控制系統(tǒng)是將建筑物(或建筑群)內(nèi)的電力、照明、空調(diào)、運輸、防災、保安、廣播等機電設備以集中監(jiān)視、控制和管理為目的而構(gòu)成的一個綜合系統(tǒng)。它的目的是使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活環(huán)境和工作環(huán)境,并保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和智能化。
    在現(xiàn)代化的大型建筑中,一般都采用中央空高調(diào)系統(tǒng)。空調(diào)系統(tǒng)的作用就是對室內(nèi)空氣進行處理,使空氣的溫度、流動速度及新鮮度、潔凈度等指標符合場所的使用要求。為此必須對空氣進行冷卻或加熱、除濕或加濕,以及過濾等處理措施。其相應設備有制冷機組、熱水爐、風機盤管系統(tǒng)、風管系統(tǒng)、水管系統(tǒng)等。例如,空調(diào)系統(tǒng)中,冷水機組是由設備生產(chǎn)廠成套供應的,它一般是根據(jù)空氣調(diào)節(jié)原理及規(guī)律等由微處理器自動控制的。冷水機組由壓縮機、冷凝器與蒸發(fā)器組成,壓縮機把制冷劑壓縮,壓縮后的制冷劑進入冷凝器,被冷卻水冷卻后,變成液體,析出的熱量由冷卻水帶走,并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)吸收,使冷凍水降溫,然后冷凍水進入水冷風機盤管吸收空氣中的熱量,如此循環(huán)不已,把房間的熱量帶出。[1]

    1、INTERBUS總線[2][3]

    INTERBUS是德國跨國集團PHOENIX公司提供的工業(yè)現(xiàn)場總線,是最早的總線之一。現(xiàn)已廣泛地應用于電子工業(yè)、汽車工業(yè)、煙草工業(yè)、冶金工業(yè)、倉儲及傳送技術(shù)、造紙工業(yè)、包裝工業(yè)、智能建筑業(yè)、食品工業(yè)等等。
    INTERBUS與Modbus、Profibus等合稱為八大現(xiàn)場總線,它既有總線的共同特點,如系統(tǒng)的開放、可靠;現(xiàn)場設備模塊化、智能化;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散、對現(xiàn)場環(huán)境適應強。同時,INTERBUS總線傳輸距離遠(最遠達12.8km),遠距離傳輸無需中繼,擴充非常方便。各種I/O模塊、功能模塊可根據(jù)生產(chǎn)需要分布安裝,控制器與各模塊之間通過一根總線電纜相連,擴充時只要將模塊接到總線上,硬件上無需更改設置,只需在控制軟件上更改一下系統(tǒng)組態(tài)(自動識別)和添加新的功能,總線運行時,上位機可通過INTERBUS OPC Server讀寫過程數(shù)據(jù)和變量(寫只能對輸出變量而言),從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控,并對收集的信息進行處理,滿足生產(chǎn)管理信息化的需要。

    2、系統(tǒng)概述
    本文以PHOENIX廠房樓宇自動化系統(tǒng)為應用背景,該控制系統(tǒng)以空調(diào)系統(tǒng)控制為主,控制部分包含空調(diào)機組,冷水系統(tǒng),熱水系統(tǒng),照明系統(tǒng),排風系統(tǒng),空壓機系統(tǒng)。各個控制部分距離上跨度比較大,而且I/O節(jié)點多達2000多個。
    針對實際系統(tǒng)特點,我們采用INTERBUS總線設計如下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    BK模塊:總線耦合器
    RFC:PLC控制器,PHOENIX 生產(chǎn)
    RFC控制器9針D型口連接INTERBUS總線系統(tǒng),通過RFC控制器上的以太網(wǎng)口連接工業(yè)以太網(wǎng), RFC控制器之間可通過以太網(wǎng)進行通訊。INTERBUS總線相鄰兩個子站之間的距離為400米。根據(jù)現(xiàn)場安裝需要,在I/O點變化情況下,通過增加INTERBUS總線耦合器BK,可靈活掛出子站。INTERBUS總線不需終端電阻,現(xiàn)場I/O模塊及設備不需作專門的地址設置。INTERBUS總線為全雙工數(shù)據(jù)傳輸方式,有極高的數(shù)據(jù)傳輸實時性。


    圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    現(xiàn)場模塊采用Phoenix Contact的INLINE產(chǎn)品。BK模塊是每個子站的總線耦合器,每個BK模塊可帶63個輸入/輸出模塊,BK模塊之間用總線電纜進行連接。Inline提供了所有的進行控制所需要的信息采集、傳輸數(shù)據(jù)的模塊,本系統(tǒng)用到的有數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬輸出模塊。

    3、基于串級控制的變風量空調(diào)系統(tǒng)
    整個樓宇自動化系統(tǒng),空調(diào)機組系統(tǒng)為控制部分的重點,以下是PHOENIX廠房樓宇自動化系統(tǒng)的1#空調(diào)機組運行畫面。
    我們選用了變風量空調(diào)系統(tǒng),與定風量空調(diào)系統(tǒng)相比,變風量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果明顯,控制靈活而且空調(diào)品質(zhì)高。但是系統(tǒng)一次投資有所提高,控制相對復雜,管理水平要求較高。

    圖2 空調(diào)系統(tǒng)運行畫面

    對于象PHOENIX廠房這種空間比較大,而且溫度控制精度要求較高的空調(diào)系統(tǒng),我們結(jié)合過程控制理論,提出基于串級控制的VAV末端控制方案??刂七^程如下:

    圖3 空調(diào)末端控制過程

    以房間各點的平均溫度作為主控制參數(shù),送風溫度作為副控制參數(shù)構(gòu)成串級回路。主副調(diào)節(jié)器都是PID調(diào)節(jié)器。


    圖4 控制系統(tǒng)方框圖

    y1:主控制參數(shù)(室內(nèi)平均溫度) y2:副控制參數(shù)(送風溫度)
    主PID調(diào)節(jié)器的輸出是送風溫度的設定值,副PID的輸出是閥門的開度,通過PLC的AO口輸出到風閥執(zhí)行器,控制閥門的開度。

    4、結(jié)語
    這套系統(tǒng)自2006年元月份運行以來,穩(wěn)定性非常好,未出現(xiàn)網(wǎng)絡故障。并順利通過德方驗收。獲得一致好評。
    本系統(tǒng)的程序開發(fā)是在PHOENIX公司PC WorX 3.03下進行的,該編譯器功能非常強大,能對語句,功能塊,梯形圖混合編譯,并支持在線調(diào)試。上位機組態(tài)軟件我們選用Genesis-32,這款軟件不但非常容易進行組態(tài)設計,而且開放的VBA接口環(huán)境有利于系統(tǒng)的二次開發(fā),我們就利用VBA開發(fā)了短信報警模塊和整個系統(tǒng)運行的時間計劃。


    參 考 文 獻
    [1] 宋 靜等. 變風量空調(diào)系統(tǒng)末端調(diào)節(jié)控制法. 智能建筑. 2006.8:20-23
    [2] 王 原. Interbus-S總線及應用. 儀器儀表用戶雜志. 1998.5:19-22
    [3] 黃劭剛,江 昊,晏小平. Interbus 現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車生產(chǎn)物流中的應用. 東南大學學報. 2003.9:Vol.33

     
     
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